Nelle pagine precedenti si parla di corrente continua (CC) per contrapporla alla corrente alternata (CA), ciò sottintende l’impiego di generatori diversi: dinamo per la CC e alternatore per la CA. La distinzione non è di poco conto sia per motivi tecnologici sia per motivi economici.
Alla fine del XIX secolo si scatenò una competizione economica, per il controllo del crescente mercato mondiale dell’energia elettrica, che vedeva schierati su fronti opposti i sostenitori della CC e quelli della CA. Perché parlare nel contesto sardo della cosiddetta guerra delle correnti? Perché Antonio Pacinotti35, docente di fisica all’Università di Cagliari, dal 1873 al 1881, e poi all’Università di Pisa, realizzò e brevettò un dispositivo, anello di Pacinotti, per convertire la CA in CC. Dei prototipi da lui realizzati ne esistono tre che sono conservati nei musei di fisica di Cagliari e Pisa e al Science Museum di Londra.
L’alternatore è una macchina rotante che converte l’energia meccanica in energia elettrica a corrente alternata. Il principio di base è la legge di Faraday36-Neumann37-Lenz38 che, in forma discorsiva, può essere così enunciata: agli estremi di un conduttore, in moto relativo rispetto a un campo magnetico, si sviluppa una differenza di potenziale (ddp) elettrico39.
Agli inizi degli anni Trenta dell’Ottocento il fisico inglese Michael Faraday sviluppò un prototipo di macchina elettrica per produrre elettricità in corrente alternata. Con
riferimento alla figura 4A il campo magnetico rotante prodotto dalla calamita (N-S) induce agli estremi del conduttore (F-F) che sta fermo (statore) una ddp che inverte la sua polarità a ogni inversione dei poli del magnete. L’andamento nel tempo della ddp, rilevabile con lo strumento V, è allora quello riportato nella figura 4B che mostra, appunto, il caratteristico andamento sinusoidale alternato40. Poiché la legge di Faraday-Neumann-Lenz parla di moto relativo analogo risultato si ottiene facendo ruotare l’avvolgimento di filo conduttore e mantenendo fermo il magnete.
Una ddp, o una corrente elettrica da essa prodotta, che non cambia polarità, prende il nome di corrente continua. Faraday realizzò anche una macchina rotante per convertire l’energia meccanica in energia elettrica continua (dinamo41) ma questa sua realizzazione, poco efficiente, fu migliorata da, su richiesta di Ampere, dai Pixii42, padre e figlio, strumentisti francesi che accoppiarono all’alternatore un dispositivo meccanico (commutatore C in figura 5A) che con l’inversione dei poli magnetici rotanti (M in figura 5A) sotto gli avvolgimenti di filo conduttore (F in figura 5A), invertiva anche la polarità della connessione fra avvolgimenti del generatore e conduttori di collegamento all’utenza esterna (U in figura 5A). Nella figura 5B si vede, al centro, come la ddp ottenuta è in qualche modo “raddrizzata” dal commutatore rispetto a quella in uscita dall’alternatore, in alto nella stessa figura, in quanto formata da semi-sinusoidi tutte “dalla stessa parte”43. In effetti il commutatore di Pixii non dava una ddp così “elegante” dove si hanno semi-sinusoidi tutte contigue; la ddp ottenuta, e quindi la corrente prodotta, era più una sequenza di parti di sinusoidi intervallate con “niente” (in basso in figura 5B).
Il problema fu risolto da Antonio Pacinotti nel 1860 realizzando un prototipo di commutatore ad anello (anello di Pacinotti) che migliorò nel tempo e consentì, alla fine, di trasformare la corrente alternata in corrente continua non solo per scopi di laboratorio ma anche per finalità pratiche. È proprio questa possibilità di avere la corrente elettrica nelle due forme, continua e alternata, per scopi civili e industriali che scatenò, alla fine del XIX secolo, a livello mondiale, la “guerra delle correnti”.
F F
+ +
– –
Figura 4B – Forma d’onda, sinusoidale, della ddp ottenuta ai capi dell’avvolgimento F-F quando il magnete N-S è posto in rotazione. I segni + e – indicano semplicemente l’inversione della polarità della tensione ad ogni inversione dei poli del magnete rispetto a ciascun ramo dell’avvolgimento.
Figura 4A – Schema di principio per la produzione di corrente elettrica alternata: un avvolgimento di filo conduttore (F-F) è immerso in un campo magnetico rotante (N-S), in conseguenza di ciò ai suoi estremi nasce una ddp alternata rilevabile con il volmetro V. Da [106].
U U
C C
M M
F F
V
Figura 5B – Sopra: ddp, alternato, in uscita dall’avvolgimento F-F.
Al centro: ddp raddrizzata, teoricamente in uscita dal commutatore C-C.
Sotto: ddp realmente in uscita dal commutatore e applicata all’utenza U-U.
+ +
– –
+ + + +
Figura 5A – Generatore elettrico di Pixii [107]: il magnete M-M, a ferro di cavallo, ruota sotto i due avvolgimenti F-F collegati al commutatore C-C che, con l’inversione dei poli magnetici rotanti sotto gli avvolgimenti, inverte anche la polarità delle semionde, ad esempio negative, della differenza di potenziale prodotta, che pertanto assume l’andamento pulsante indicato al centro della figura 5B. Da [108].
Figura 6 – Anello di Pacinotti. Da [109].
In quel periodo di forte richiesta di energia elettrica, si formarono due fazioni guidate da Thomas Edison44, sostenitore della corrente continua, e da Nikola Tesla45 e George Westinghouse46 sostenitori della corrente alternata.
L’energia elettrica stava diventando la fonte primaria dell’energia nelle città e nelle industrie. Una scelta era indispensabile.
All’inizio si optò per la CC, per le utenze dell’epoca andava molto bene: illuminazione, motori elettrici47, sistemi elettrolitici per la lavorazione dei minerali, ecc. Inoltre la CC aveva il vantaggio di consentire l’immagazzinamento dell’energia elettrica nelle batterie di accumulatori, che la convertivano in energia chimica, per poi restituirla in forma elettrica al momento voluto o in altro luogo.
Sul fronte opposto, ovvero della corrente alternata, si avevano vantaggi non trascurabili nel trasporto della corrente con ampie reti di distribuzione su lunghi tratti. Trasportare grandi quantità di CC era assai costoso poiché molta parte della sua energia veniva dissipata, sotto forma di calore, lungo i fili della rete, molto di più di quanto avveniva con la CA. Ma il “colpo mortale” la CC lo ebbe nel 1887 anno in cui Tesla inventò il motore a induzione, ovvero un motore funzionante in CA. Fino ad allora, esistendo solo i motori in CC, la corrente alternata per essere utilizzata in queste macchine andava raddrizzata (vedi figura 5B al centro) e ciò comportava costi aggiuntivi e perdite nel rendimento complessivo dei dispositivi.
Il motore a induzione, strutturalmente molto più semplice di quello in CC, e a rendimento più alto, orientò gli studi su questo tipo di macchine (motori asincroni, motori sincroni, ecc.) fino a che i motori in CA, assumendo il predominio nell’industria, consentirono di determinare il vincitore della guerra delle correnti: la corrente alternata.
La Sardegna, proprio perché “isolata” dal resto d’Europa, non avendo problemi di interconnessione con le reti elettriche di altre regioni, è stata più libera nella produzione e nell’utilizzo delle due forme di corrente elettrica. Libertà che si è mantenuta, per certi aspetti, fino a oggi, nonostante la connessione della rete Isolana a quella della Penisola e di conseguenza a quella Europea. Più in dettaglio: mentre tutta l’Isola utilizza la corrente alternata i due principali elettrodotti (SACOI-1968, SAPEI-2011; descritti nelle pagine seguenti), che la collegano alla Penisola, sono in corrente continua48.